过渡金属硒化物的制备及其储锂、储钠性能的研究

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针对过渡金属硒化物在锂/钠离子电池中存在循环性能差、倍率性能差等问题,本文分别以FeS1.6Se0.4、FeSe2和MoSe2为研究对象,通过掺杂、复合、纳米化的改性手段,提高了上述过渡金属硒化物储锂/钠的电化学性能。主要研究内容与结果如下:(1)通过简单的水热法,制备了 FeS2和掺杂Se的FeS1.6Se0.4,两者形貌相似,均为微球形,但FeS1.6Se0.4的直径只有FeS2的一半,约1~1.5μm,这意味着FeS1.6Se0.4具有更高的比表面积。FeS1.6Se0.4兼具硫化物、硒化物特性,S/Se固溶体使FeS1.6Se0.4表现出比FeS2更好的性能。将FeS1.6Se0.4应用于锂离子电池中,在200 mA/g的电流密度下循环200次后可逆容量为481.0 mAh/g,即使在2 A/g的大电流密度下,可逆容量也达到了 290.6 mAh/g。(2)用一次溶剂热法制备了复合氧化石墨烯的FeSe2(FeSe2/rGO),FeSe2纳米棒聚集成的纳米簇固定在褶皱的氧化石墨烯上。氧化石墨烯良好的延展性和导电性,在防止FeSe2团聚、缓冲体积膨胀的同时还能提供连续的导电网络,提升材料的电导性,因此FeSe2/rGO 比裸露的FeSe2有更好的电化学性能。将FeSe2/rGO应用于锂离子电池,在500 mA/g的电流密度下充放电200次后,放电比容量为518.2 mAh/g。在倍率性能测试中,电流密度从50 mA/g逐步提高到1 A/g,每个电流密度循环5次,即使在1 A/g的大电流密度下充放电,FeSe2/rGO的可逆容量也达到了 728.0 mAh/g。此外,赝电容行为为FeSe2/rGO电极贡献了额外的容量,使得FeS e2/rGO实测比容量大于理论容量。(3)用溶剂热法制备了空心的MoSe2微球。MoSe2微球直径约为1.5 μm,球体表面由无数MoSe2纳米薄片组装聚集而成,薄片与薄片之间的间隙,构成球体表面多孔结构。通过HRTEM照片测得(002)晶面间距为0.67 nm。MoSe2在钠离子电池中表现出良好的循环稳定性和倍率性能,在电流密度250 mA/g下循环250次后可逆容量为325.0 mAh/g;电流密度为1 A/g时,其可逆容量还保持有262.4 mAh/g,当电流密度恢复到250 mA/g后可逆容量也恢复到456.9 mAh/g。
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